高中物理 2.1-2.2 認(rèn)識(shí)交變電流 交變電流的描述課時(shí)訓(xùn)練課件 粵教版選修3-2.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 一 交變電流1 恒定電流強(qiáng)弱和方向不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流 簡(jiǎn)稱直流 2 交變電流強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間變化的電流稱為交變電流 簡(jiǎn)稱交流 3 波形圖電流或電壓隨時(shí)間變化的圖象 通常利用示波器來(lái)觀察 日常生活和生產(chǎn)中所用的交變電流是按正弦規(guī)律變化的交變電流 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 把兩個(gè)發(fā)光時(shí)顏色不同的發(fā)光二極管并聯(lián) 注意使兩者正負(fù)極的方向不同 然后連接到教學(xué)用的發(fā)電機(jī)的兩端 如圖 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄 兩個(gè)磁極之間的線圈隨著轉(zhuǎn)動(dòng) 觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么 答案 可以觀察到兩個(gè)發(fā)光二極管交替發(fā)光 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流的方向隨時(shí)間變化 不是直流 是交變電流 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 二 正弦交變電流的產(chǎn)生1 實(shí)驗(yàn)裝置 1 交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 線圈 磁極 滑環(huán)及電刷 2 模型裝置圖 下圖 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 2 過(guò)程分析 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 穿過(guò)線圈的磁通量就發(fā)生變化 從而產(chǎn)生感應(yīng)電流 用線圈和磁鐵做成發(fā)電機(jī) 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流怎么輸出來(lái)呢 答案 如下圖所示 利用電刷將感應(yīng)電流輸出 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 三 用函數(shù)表達(dá)式描述交變電流1 電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值 N匝 面積為S的線圈以角速度 轉(zhuǎn)動(dòng) 從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 得出 e Emsin t 其中Em NBS 叫做電動(dòng)勢(shì)的峰值 3 電壓瞬時(shí)值 u Umsin t 4 按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦式交變電流 簡(jiǎn)稱正弦式電流 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 日常生活中照明電路用的是交變電流 交變電流的大小和方向是周期性變化的 我們?yōu)槭裁锤杏X(jué)白熾燈的明亮程度并沒(méi)有變化 答案 這主要是因?yàn)榻蛔冸娏鞯拇笮『头较蜃兓芸?白熾燈燈絲的溫度基本不變 所以燈的亮度基本沒(méi)有變化 再者人的眼睛有0 1s的視覺(jué)暫留 也不能分辨其變化情況 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 四 用圖象描述交變電流1 圖象特點(diǎn)正弦式交變電流的電動(dòng)勢(shì)e 電壓u及電流i隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 2 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中 電動(dòng)勢(shì)e 電壓u及電流i出現(xiàn)兩次最大值 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 四 一 交變電流的產(chǎn)生及方向1 產(chǎn)生 如圖 用矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電流 1 切割磁感線的有效邊是圖中的ab和cd 2 線圈平面平行磁感線的位置 即通過(guò)線圈平面的磁通量為零的位置 圖中位置 兩個(gè)有效邊的切割速度方向垂直磁感線 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 3 線圈平面垂直磁感線的位置 即通過(guò)線圈平面的磁通量最大的位置 兩個(gè)有效邊的切割速度方向平行磁感線 不切割磁感線 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 知識(shí)精要 一 二 三 四 2 方向 由線圈平面圖 見(jiàn)下面 可以看到 當(dāng)ab邊向右 cd邊向左運(yùn)動(dòng)時(shí) 線圈平面圖 感應(yīng)電流是沿著abcd方向流動(dòng)的 當(dāng)ab邊向左 cd邊向右運(yùn)動(dòng)時(shí) 線圈平面圖 感應(yīng)電流是沿著dcba方向流動(dòng)的 這兩種情況交替出現(xiàn) 線圈平面每經(jīng)過(guò)中性面一次 感應(yīng)電流的方向就改變一次 因此線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周 感應(yīng)電流的方向改變兩次 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例1 如圖為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖 關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn) 正確的說(shuō)法是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130027 A 線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周 指針左右擺動(dòng)兩次B 圖示位置為中性面 線圈中無(wú)感應(yīng)電流C 圖示位置 ab邊的感應(yīng)電流方向由a bD 線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí) 磁通量變化率為零 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 線圈在磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 在電路中產(chǎn)生周期性變化的交變電流 線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)電流改變方向 線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周 有兩次通過(guò)中性面 電流方向改變兩次 指針左右擺動(dòng)一次 故A項(xiàng)錯(cuò)誤 線圈平面垂直于磁感線的位置稱為中性面 顯然圖示位置不是中性面 所以B項(xiàng)錯(cuò)誤 線圈處于圖示位置時(shí) ab邊向右運(yùn)動(dòng) 由右手定則 ab邊的感應(yīng)電流方向由a b 故C項(xiàng)正確 線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí) ab cd邊垂直切割磁感線 線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大 也可以這樣認(rèn)為 線圈處于豎直位置時(shí) 磁通量為零 但磁通量變化率最大 故D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 C 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 如圖所示 矩形線框在磁場(chǎng)內(nèi)做的各種勻速運(yùn)動(dòng)中 能夠產(chǎn)生交變電流的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130028 答案 B解析 產(chǎn)生交變電流的條件是穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生周期性變化 選項(xiàng)B符合要求 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 二 中性面及中性面的垂面有何特點(diǎn) 線圈位于中性面時(shí)感應(yīng)電流有什么變化1 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小正比于磁通量變化率 而不是正比于磁通量 當(dāng)線圈位于中性面時(shí) 盡管磁通量最大 但磁通量的變化率最小 故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小 當(dāng)線圈位于中性面的垂面時(shí) 盡管磁通量最小 為零 但其變化率最大 故該位置感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 2 線圈位于中性面時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流為零 通過(guò)中性面時(shí) 電流的方向發(fā)生變化 線圈在一個(gè)周期內(nèi)兩次經(jīng)過(guò)中性面 故電流在一個(gè)周期內(nèi)方向改變兩次 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 3 中性面及中性面的垂面比較 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例2 多選 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在線圈平面經(jīng)過(guò)中性面瞬間 下列說(shuō)法正確的是 A 線圈平面與磁感線平行B 通過(guò)線圈的磁通量最大C 線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大D 線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向改變解析 由中性面的定義可知 線圈平面與磁感線垂直 所以A項(xiàng)錯(cuò)誤 由于線圈平面與磁感線垂直 所以磁通量最大 B項(xiàng)正確 導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向與磁感線平行 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零 所以C項(xiàng)錯(cuò)誤 在中性面前后 穿過(guò)線圈的磁通量的變化由增加到減少 所以感應(yīng)電流的方向發(fā)生改變 所以D項(xiàng)正確 答案 BD 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 關(guān)于中性面 下列說(shuō)法正確的是 A 線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí) 穿過(guò)線圈的磁通量最大 磁通量變化率為零B 線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中經(jīng)中性面位置時(shí) 穿過(guò)線圈的磁通量為零 磁通量變化率最大C 線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面 感應(yīng)電流的方向就改變一次D 線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)過(guò)中性面一次 所以線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周 感應(yīng)電流的方向就改變一次 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 AC解析 中性面是線圈平面與磁感線垂直的位置 線圈經(jīng)過(guò)該位置時(shí) 穿過(guò)線圈的磁通量最大 各邊都不切割磁感線 不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 所以磁通量變化率為零 A項(xiàng)正確 B項(xiàng)錯(cuò)誤 線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面 感應(yīng)電流的方向改變一次 但線圈每轉(zhuǎn)一周要經(jīng)過(guò)中性面兩次 所以每轉(zhuǎn)一周 感應(yīng)電流方向就改變兩次 C項(xiàng)正確 D項(xiàng)錯(cuò)誤 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 三 對(duì)e Emsin t的理解1 交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式的形式與開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)線圈的初位置有關(guān) 若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e Emsin t 若從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行的位置開(kāi)始計(jì)時(shí) 則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為2 最大值 Em NBS Em與轉(zhuǎn)軸的所在位置及線圈形狀無(wú)關(guān) 3 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的正弦式交變電流與軸的位置 不一定是對(duì)稱軸 線圈的形狀無(wú)關(guān) 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 例3 如圖 有一10匝正方形線框 邊長(zhǎng)為20cm 線框總電阻為1 線框繞OO 軸以10 rad s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 垂直于線框平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0 5T 問(wèn) 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130029 1 該線框產(chǎn)生的交變電流電動(dòng)勢(shì)最大值 電流峰值分別是多少 2 線框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60 時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值是多大 3 寫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式 點(diǎn)撥 電動(dòng)勢(shì)的峰值可用Em NBS 計(jì)算 而計(jì)算電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值首先要確定計(jì)時(shí)起點(diǎn) 然后用e Emsin t或e Emcos t進(jìn)行計(jì)算 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 1 交變電流電動(dòng)勢(shì)峰值為Em NBS 10 0 5 0 22 10 V 6 28V 電流的峰值為 2 線框轉(zhuǎn)過(guò)60 時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E Emsin60 5 44V 3 由于線框轉(zhuǎn)動(dòng)是從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)的 所以瞬時(shí)值表達(dá)式為e Emsin t 6 28sin10 t V 答案 1 6 28V6 28A 2 5 44V 3 e 6 28sin10 tV 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 一單匝閉合線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 線框中的最大磁通量為 m 最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為Em 下列說(shuō)法中正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130030 A 當(dāng)磁通量為零時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零B 當(dāng)磁通量減少時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大C 當(dāng)磁通量等于0 5 m時(shí) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于0 5EmD 角速度 等于答案 BD 一 二 三 知識(shí)精要 四 典題例解 遷移應(yīng)用 解析 1 公式法 設(shè)從線框位于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 則線框中產(chǎn)生正弦式電流 即e Emsin t 穿過(guò)線框的磁通量 隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化 即 mcos t 2 圖象法 t圖象如圖所示 圖象在某點(diǎn)的斜率表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值 由圖可知 A C兩項(xiàng)錯(cuò) B項(xiàng)對(duì) 由Em m 知D項(xiàng)對(duì) 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 四 正弦交變電流的圖象正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖象上表示出來(lái) 圖象描述的是交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律 它是一條正弦曲線 如圖所示 交變電流的e t圖象 由圖可以確定出以下信息 1 可以讀出正弦交變電流的峰值Em 2 可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)為零的特點(diǎn) 確定線圈處于中性面的時(shí)刻 確定了該時(shí)刻 也就確定了磁通量最大的時(shí)刻和磁通量變化率最小的時(shí)刻 如t 0 t t2時(shí)刻 一 二 三 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 四 3 可根據(jù)線圈轉(zhuǎn)至與磁場(chǎng)平行時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大的特點(diǎn) 確定線圈與中性面垂直的時(shí)刻 此時(shí)刻也就是磁通量為零的時(shí)刻和磁通量變化率最大的時(shí)刻 如t t1 t t3時(shí)刻 4 可以確定某一時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)大小以及某一時(shí)刻電動(dòng)勢(shì)的變化趨勢(shì) 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 例4 圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng) 由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)和線圈一起繞OO 轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接 金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸 這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路 圖乙是線圈的主視圖 導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來(lái)表示 已知ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)1 bc長(zhǎng)度為L(zhǎng)2 線圈以恒定角速度 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 只考慮單匝線圈 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130031 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 1 線圈平面處于中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的表達(dá)式 2 線圈平面處于與中性面成 0夾角位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 如圖丙所示 試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 點(diǎn)撥 解析 1 矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 只有ab和cd切割磁感線 設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為v 則在t時(shí)刻 導(dǎo)線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為E1 BL2v 由圖可知v vsin t則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1 2E1 BL1L2 sin t 2 當(dāng)線圈由題圖丙位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí) 在t時(shí)刻整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e2 BL1L2 sin t 0 答案 1 e1 BL1L2 sin t 2 e2 BL1L2 sin t 0 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 多選 如圖所示 圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦交變電流的圖象 當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后 所產(chǎn)生正弦交變電流的圖象如圖線b所示 以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交變電流的說(shuō)法正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)51130032 A 在圖中t 0時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零B 線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3 2C 交變電流a的瞬時(shí)值表達(dá)式為u 10sin5 t V 一 二 三 四 知識(shí)精要 典題例解 遷移應(yīng)用 答案 BC 知識(shí)鏈接 案例探究 規(guī)律方法 平均電動(dòng)勢(shì)的求法線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中 某一段時(shí)間內(nèi)從一個(gè)位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 稱為平均電動(dòng)勢(shì) 它不等于始 末兩時(shí)刻瞬時(shí)值的平均值 必須用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算 即同理 計(jì)算交變電流在某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量 也必須用平均值 即 知識(shí)鏈接 案例探究 如圖所示 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 1T 所用矩形線圈總電阻為R 100 線圈的匝數(shù)n 100 邊長(zhǎng)lab 0 2m lbc 0 5m 以角速度 100 rad s繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 試求當(dāng)線圈平面從圖示位置 與中性面垂直 轉(zhuǎn)過(guò)90 的過(guò)程中 1 線圈中的平均電動(dòng)勢(shì) 2 通過(guò)線圈某一截面的電荷量 知識(shí)鏈接 案例探究 解析 1 線圈平面從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90 的過(guò)程中 線圈內(nèi)磁通量的變化量為 Blablbc 答案 1 200V 2 1 10 2C